Τα άστρα νετρονίων οδηγούν του επιστήμονες στο CERN να ρίξουν περισσότερο φως στην ύλη-κουάρκ

Η ύλη-κουάρκ – μια ακραία πυκνή φάση της ύλης που αποτελείται από υποατομικά σωμάτια που καλούνται κουάρκ – μπορεί να υπάρχει στην καρδιά των άστρων νετρονίων. Μπορεί επίσης να δημιουργείται για σύντομο χρονικό διάστημα σε επιταχυντές όπου συγκρούονται σωματίδια, στην Γη, όπως ο LHC (Large Hadron Collider) του CERN. Όμως, δεν είναι εύκολο να εντοπιστεί η συλλογική συμπεριφορά της ύλης-κουάρκ. Σε συμπόσιο στο CERN την εβδομάδα που πέρασε, ο Aleksi Kurkela από το τμήμα θεωρίας του CERN και το Πανεπιστήμιο του Stavanger, στη Νορβηγία, εξήγησε πώς τα δεδομένα από άστρα νετρονίων επέτρεψαν σε αυτόν και τους συναδέλφους του να προσδιορίσουν στενά όρια στην συλλογική συμπεριφορά αυτής της ακραίας μορφής της ύλης.

Ο Kurkela και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μια ιδιότητα των άστρων νετρονίων που προέκυψε από την πρώτη παρατήρηση από τις επιστημονικές συνεργασίες των LIGO και Virgo για τα βαρυτικά κύματα – τις πτυχώσεις στην υφή του χωρόχρονου – που εκπέμπονται από την συγχώνευση δυο άστρων νετρονίων. Η ιδιότητα αυτή περιγράφει την δυσκαμψία του άστρου ως απόκριση στις τάσεις που προκαλούνται από την βαρυτική έλξη του συνοδού άστρου και είναι γνωστή τεχνικά ως παλιρροιακή παραμόρφωση.

Για να περιγράψουν τη συλλογική συμπεριφορά της ύλης-κουάρκ, οι φυσικοί γενικά χρησιμοποιούν καταστατικές εξισώσεις, που συσχετίζουν την πίεση της κατάστασης της ύλης με άλλες καταστατικές ιδιότητες. Όμως δεν έχουν ακόμη βρει μια μοναδική εξίσωση της κατάστασης για την ύλη-κουάρκ. Έχουν μόνο παραγάγει οικογένειες τέτοιων εξισώσεων. Συνδέοντας τις τιμές της παλιρροιακής παραμόρφωσης των άστρων νετρονίων που παρατηρήθηκαν από τα LIGO και Virgo στο πλαίσιο παραγωγής μιας οικογένειας καταστατικών εξισώσεων για την ύλη-κουάρκ των άστρων νετρονίων, ο Kurkela και οι συνάδελφοί του μπόρεσαν να μειώσουν δραματικά το μέγεθος αυτής της οικογένειας εξισώσεων. Μια τέτοια, μειωμένη, οικογένεια ορίζει πιο αυστηρά όρια στις συλλογικές ιδιότητες της ύλης-κουάρκ και πιο γενικά στην πυρηνική ύλη στις υψηλές πυκνότητες, από αυτά που υπήρχαν προηγουμένως.

Οπλισμένοι με τα αποτελέσματα αυτά, οι ερευνητές στη συνέχεια αντέστρεψαν το πρόβλημα και εφάρμοσαν τα όρια της ύλης-κουάρκ για να επάγουν τις ιδιότητες των άστρων νετρονίων. Χρησιμοποιώντας αυτή τη προσέγγιση, η ομάδα βρήκε την σχέση μεταξύ της ακτίνας και της μάζας ενός άστρου νετρονίων και βρήκε ότι η μέγιστη ακτίνα ενός άστρου νετρονίων που είναι 1,4 φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο μας θα πρέπει να είναι μεταξύ περίπου 10 και 14 km.